DE19802378C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren von Chemikalien in einem Array mit einer Mehrzahl von Arrayelementen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren von Chemikalien in einem Array mit einer Mehrzahl von ArrayelementenInfo
- Publication number
- DE19802378C2 DE19802378C2 DE19802378A DE19802378A DE19802378C2 DE 19802378 C2 DE19802378 C2 DE 19802378C2 DE 19802378 A DE19802378 A DE 19802378A DE 19802378 A DE19802378 A DE 19802378A DE 19802378 C2 DE19802378 C2 DE 19802378C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pixels
- pixel
- array
- line
- fluorescence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00605—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00659—Two-dimensional arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/0068—Means for controlling the apparatus of the process
- B01J2219/00702—Processes involving means for analysing and characterising the products
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10S436/805—Optical property
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Analysieren
von Chemikalien in einem chemischen Array und insbesondere
auf das Verbessern des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses durch
Wiederholen des Abtastens der Pixel des Arrays.
In jüngster Zeit wurden chemische Arrays insbesondere bio
molekulare Arrays erfolgreich erzeugt. Beispielsweise offen
baren S. P. A. Fodor u. a., "Light-Directed, Spatially Addres
sably Parallel Chemical Synthesis", Science, Band 251, 1991,
S. 767-773, hochdichte Arrays, die durch eine lichtgerich
tete Synthese gebildet sind. Das Array wurde für eine Anti
körpererkennung verwendet. Biomolekulare Arrays werden fer
ner durch E. Southern (PCT-Veröffentlichung WO 89/10977) A1
zum Analysieren von Polynucleotidsequenzen beschrieben. Der
artige biomolekulare Arrays eignen sich für eine große An
zahl von Anwendungen von der DNA- und Protein-Sequenzierung
zu dem DNA-Fingerabdrucknehmen und der Krankheitsdiagnose.
Ein typischer Lösungssatz zum Synthetisieren eines Polymer
arrays auf einem optischen Substrat wird durch Fodor u. a.
(1991) supra, PCT-Veröffentlichungen WO 91/07087 A1, WO
92/10587 A1 und WO 92/10588 A1; und US 5,143,854 A, be
schrieben. Bei derartigen Arrays werden unterschiedliche Re
zeptoren auf einem Substrat unter Verwendung von photolitho
graphischen Techniken synthetisiert. Liganden werden über
das Array gewaschen. Entweder ist der Ligand fluoreszierend
gekennzeichnet oder es wird ein zusätzlicher, fluoreszierend
gekennzeichneter Rezeptor ferner über das Array gewaschen.
Das Resultat besteht darin, daß Fluorophore auf den Pixeln
festgesetzt werden, wo eine Bindung zwischen dem Liganden
und dem Rezeptor oder Rezeptoren stattgefunden hat. Allge
mein wird ein chemisches Array mit einer Strahlung beleuch
tet, die die
Fluorophore erregt. Die Struktur der hellen und dunklen
Pixel wird aufgezeichnet. Informationen über den Liganden
werden durch Vergleichen dieser Hell-Dunkel-Struktur mit
bekannten Strukturen von oberflächengebundenen Rezeptoren
verglichen.
Bei vielen Anwendungen, z. B. beim Analysieren des menschli
chen Genoms, ist es oft notwendig, eine große Anzahl von
Arrayelementen abzutasten. Daher ist die Fähigkeit, ein che
misches Array mit einer großen Anzahl von Elementen inner
halb einer kurzen Zeit zu lesen, sehr wünschenswert. Es wur
den Laser verwendet, um auf chemische Arrayelemente mit ei
nem Strahl einer kleinen Fleckgröße und einer hohen Intensi
tät aufzutreffen.
Das US-Patent 5,459,325 A offenbart einen schnellen Flu
oreszenz-Scanner, dessen wesentlichen optischen Komponenten
nicht am Abtastkopf angebracht sind, um einen Abtastkopf mit
geringer Masse zu schaffen, der schnell und genau bewegt
werden kann. Ein Lichtstrahl wird zwischen Reflektoren
über eine zu bestrahlende Fläche hin- und herbewegt,
wobei eine Abtastlinie in der einen Richtung erzeugt wird,
über die eine Abtastlinie in der anderen Richtung überlagert
ist, wenn die zu bestrahlende Fläche nicht bewegt wird. Wenn
die zu bestrahlende Fläche senkrecht zu der Abtastlinie be
wegt wird, kann eine zweidimensionale Abtastung erreicht
werden.
Die DE 25 37 098 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Unterscheidung zwischen zwei fluoreszierenden
Teilchenarten mit unterschiedlichen Fluorenzabklingdauern.
Eine zu bestrahlende Probe umfaßt daher zwei fluoreszierende
Stoffe, von denen der eine, eine schnelle Abklingdauer hat,
während der andere eine langsame Abklingdauer hat. Um den
Stoff mit der langsamen Abklingdauer ohne Einfluß des Stoffs
mit der schnellen Abklingdauer zu detektieren, wird ein De
tektor erst aktiviert, wenn die Fluoreszenz des Stoffs mit
schneller Abklingdauer bereits im wesentlichen abgeklungen
ist, während die Fluoreszenz des Stoffs mit langsamer Ab
klingdauer noch vorhanden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum schnellen Analysieren von
Chemikalien in einem chemischen Array mit einer großen An
zahl von Elementen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Analysieren
von Chemikalien in einem Array gemäß Anspruch 1 und ein Ver
fahren zum Analysieren von Chemikalien in einem Array gemäß An
spruch 7 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und eine
Technik zum Analysieren von Chemikalien in einem chemischen
Array, das abgetastet wird, d. h. durch Bestrahlen und Er
fassen jeglicher resultierender Lichtwechselwirkung, wie z.
B. der Fluoreszenz in Pixelzeilen. Es wird
vermutet, daß einige der Pixel Zielchemikalien enthalten,
die ein fluoreszierendes Material enthalten. Die Vorrichtung
umfaßt eine Lichtquelle, eine Steuerung und einen Detektor.
Die Lichtquelle wird zum Strahlen eines Lichtstrahls auf die
einzelnen Pixel verwendet. Die Lichtquelle kann einen Licht
generator, wie z. B. einen Laser, und eine Vorrichtung zum
Richten eines Lichtstrahls von dem Lichtgenerator, wie z. B.
einen Scanner (= Abtastvorrichtung), enthalten. Die Steue
rung steuert die relative Position der Lichtquelle zu der
selben der Pixel, derart, daß die Lichtquelle den Licht
strahl derart richtet, um Pixel in einem Satz sequentiell in
dem Array zu bestrahlen. Die sequentielle Bestrahlung wird
auf dem Pixelsatz ein oder mehrere Male wiederholt, bevor
ein zweiter Pixelsatz bestrahlt wird, der Pixel enthält, die
sich von den Pixeln in dem ersten Pixelsatz unterscheiden.
Der erste Pixelsatz weist mehr als ein Pixel, jedoch weniger
als die Gesamtzahl der Pixel in dem Array auf. Der Detektor
wird zum Erfassen der Fluoreszenz verwendet, die aus der Be
strahlung des Arrays resultiert.
Die Vorrichtung und Technik der vorliegenden Erfindung kann
vorteilhaft verwendet werden, um chemische Arrays, insbeson
dere große chemische Arrays, zu analysieren, die Tausende
oder Millionen von kleinen Pixeln enthalten, wenn dieselben
abgetastet werden. Durch Ermöglichen einer adäquaten Zeit
dazu, daß sich die Farbstoffmoleküle in den Pixeln von den
metastabilen Zuständen erholen können, die nicht fluores
zieren können, können mehr Signale erhalten werden, um das
Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern ohne die Erre
gungsstrahlintensität zu erhöhen. Es wird jedoch durch Redu
zieren der Zeit vor dem Wiederholen der Bestrahlung eines
Pixels und des Abstands, der durch den Strahl zwischen den
Neubestrahlungen (d. h. dem Wiederholen der Bestrahlung)
eines Pixels durchlaufen wird, eine genauere Überlagerung
erreicht, die zu zuverlässigeren Daten führt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung weiterer Details der
Vorrichtung;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Prozeß des Lesens eines
chemischen Arrays
zeigt; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung, um einige der Ener
gieniveaus eines Farbstoffs darzustellen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Technik
zum Analysieren eines chemischen Arrays durch Wiederholen
der Beleuchtung und Erfassen der resultierenden Fluoreszenz
eines Pixelsatzes in dem Array vor dem Bewegen zu einem
weiteren Pixelsatz. In jedem Pixelsatz werden alle Pixel
sequentiell vor dem Wiederholen beleuchtet. Dies verbessert
das Signal-zu-Rausch-Verhältnis durch Ermöglichen einer adä
quaten Zeit für den Farbstoff dazu, um sich von den meta
stabilen Zuständen zu erholen, bevor derselbe wiederum be
leuchtet wird.
Wie hierin verwendet, ist ein "Array" eine Anordnung von Ob
jekten im Raum, in dem jedes Objekt eine getrennte, vorbe
stimmte, räumliche Position einnimmt. Jedes der Objekte oder
Arrayelemente (die viele Pixel enthalten können, wenn die
selben mit Lichtpulsen abgetastet werden) in dem Array in
dieser Vorrichtung enthält eine oder mehrere
Spezies von chemischen Bindemittelanteilen zum Binden von
spezifischen Analytika, derart, daß die physische Position
jeder Spezies von Analytika bekannt oder feststellbar ist.
"Pixel" sind Flecken eines Arrays, dessen Flecken beleuchtet
werden, und das resultierende Licht von den Flecken wird als
diskrete Elemente erfaßt, um eine Bildstruktur zu bilden,
wenn das Array analysiert wird. Ein "Analytikum" ist ein
Molekül, dessen Erfassung in einer Probe erwünscht ist, und
das sich selektiv oder spezifisch an einen chemischen Binde
mittelanteil bindet, wie z. B. eine molekulare Sonde. Ein
Analytikum kann von dem gleichen oder einem anderen Molekül
typ wie die molekulare Sonde sein, an die dasselbe gebunden
ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zum Analysieren von chemischen Arrays.
Die Vorrichtung 100 enthält eine Lichtquelle (z.
B. einen Laser) 102 zum Emittieren eines Lichts einer Wel
lenlänge und mit einer ausreichenden Intensität, um eine
Fluoreszenz in einem ausgewählten fluoreszierenden Material
zu bewirken. Oftmals ist die Erregungslichtintensität aus
reichend hoch, derart, daß der Farbstoff, der in dem chemi
schen Array 104 verwendet wird, sich einer metastabilen Zu
standssättigung nähert, d. h. einige der Farbstoffmoleküle
kreuzen in metastabile Zustände. Eine Einrichtung zum Steuern 108 richtet
das Licht von der Lichtquelle 102, so daß dasselbe auf den
Elementen des Arrays ein Pixel nach dem anderen auftrifft.
Dies kann beispielsweise unter Verwendung einer Steuerung
erreicht werden, um die relative Position der Lichtquelle
102 zu dem chemischen Array 104 zu ändern, z. B. durch Bewe
gen des Lichtgenerators (z. B. eines Lasers) in der Licht
quelle, durch Bewegen des chemischen Arrays oder durch
Steuern eines Lichtstrahls, z. B. unter Verwendung eines
Scanners, derart, daß unterschiedliche Pixel zu unterschied
lichen Zeitpunkten beleuchtet werden können. Typischerweise
wird der Lichtstrahl durch Translation des Arrays auf einem
Objekttisch (in Fig. 1 nicht gezeigt) oder durch Abtasten
des Lichtstrahls mit einem Strahlscanner gerichtet. Der
Farbstoff emittiert, wenn derselbe durch das Erregungslicht
von der Lichtquelle 102 erregt wird, eine Fluoreszenz, die
durch einen Detektor 110 erfaßt wird. Die Fluoreszenzinten
sität kann auch gemessen werden.
Fig. 2 zeigt detaillierter ein Ausführungsbeispiel der Vor
richtung von Fig. 1. Die Vorrichtung 200 weist einen Laser
204 auf, der einen Erregungslaserstrahl emittiert. Ein Scan
ner 208 richtet den Laserstrahl durch ein optisches System
212 zu einem chemischen Array 216, um eine Fluoreszenz zu
bewirken. Das optische System 212 kann beispielsweise eine
ausrichtende Optik, wie z. B. Linsen und Prismen, enthalten,
um den Laserstrahl auf die Pixel in dem chemischen Array zu
fokussieren.
Das fluoreszierende Licht, das von dem Array resultiert, der
durch den Laserstrahl bestrahlt wird, wird durch ein opti
sches System 220 gesammelt, das z. B. Linsen und Prismen
enthalten kann, um das fluoreszierende Licht zu einem Detek
tor 224 zu richten. Die optischen Systeme 220 können ferner
Filter und Blenden enthalten, um ungewolltes Licht, wie z.
B. Erregungslicht, hinauszufiltern. Eine Steuerung 228 ist
elektrisch mit dem Detektor 224 zum Sammeln von elektrischen
Signalen verbunden, die in dem Detektor als ein Resultat des
Fluoreszenzlichts erzeugt werden, das auf den Detektor
trifft. Die Steuerung 228 ist mit einem Scanner 208 verbun
den, derart, daß jedes Fluoreszenzlichtsignal, das durch den
Detektor 224 empfangen wird, zu dem Pixel verfolgt werden
kann, von dem das Fluoreszenzlichtsignal erzeugt wird. Die
Steuerung 228 ist ferner mit dem Laser 204 verbunden, und
dieselbe kann verwendet werden, um den Laser zu steuern, um
Lichtpulse einer spezifischen Dauer zu emittieren. Der Scan
ner 208 wird verwendet, um den Laserstrahl von einem Pixel
zu einem anderen Pixel zwischen Pulsen zu bewegen. Wenn es
jedoch erwünscht ist, kann der Laser einen kontinuierlichen
Strahl emittieren, sowie der Scanner den Laserstrahl von
Pixel zu Pixel richtet. Alternativ kann, statt dem Abtasten,
d. h. dem Bewegen, des Erregungsstrahls, das chemische Array
216 gesteuert werden, um zu translatieren, um unterschied
liche Pixel unter dem fokussierten Erregungsstrahl zu unter
schiedlichen Zeitpunkten zu positionieren. Eine weitere Al
ternative besteht darin zu steuern, um physisch den Laser
204 zu bewegen, um den Laserstrahl auf unterschiedliche Pi
xel zu richten.
Die Daten von Signalen, die durch die Steuerung 228 empfan
gen werden, können verarbeitet werden, um die Anwesenheit
oder die Menge von Analytika in den Pixeln zu bestimmen. Um
dies zu erreichen, kann die Steuerung 228 einen Mikroprozes
sor oder einen Computer enthalten, um die Informationen auf
den Pixelpositionen und die Fluoreszenz zu verarbeiten. Die
Signale von dem Detektor 224 oder die Informationen von der
Steuerung 228 können ferner zu einem weiteren Prozessor 232
für eine weitere Datenverarbeitung und zu einem Speiche
rungsgerät 236, wie z. B. einer Platte, Bändern, Kompakt
platten und dergleichen, übertragen werden. Die Informatio
nen von der Steuerung 228 oder dem Prozessor 232 können fer
ner in einem Anzeigegerät 240 angezeigt werden, wie z. B.
einer Kathodenstrahlröhre, einem Plotter (= Zeichengerät),
einem Drucker und dergleichen. Wenn es erwünscht ist, können
unterschiedliche Computer und Mikroprozessoren verwendet
werden, um die relative Lichtstrahl/Pixel-Position zu steu
ern, und um die Daten der Pixelposition und die Fluoreszenz
struktur zu verbinden.
Fig. 3 zeigt die Technik zum Analysieren, d. h. Lesen oder
Abtasten von Pixeln in einem chemischen Array.
Typischerweise umfaßt das
Array Arrayelemente, die, wenn dieselben durch eine Bestrah
lung und Erfassung der Fluoreszenz gelesen werden, zu Pixeln
führen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, die je
weils als eine Zeile betrachtet werden können. Zur Erläu
terung wird eine Reihe eine Zeile genannt. Ein Pixelsatz
wird aus dem Array (Schritt 304) ausgewählt. Das erste Pixel
in dem Satz wird mit einem Laserstrahl für eine spezifische
Dauer, z. B. ein paar Mikrosekunden, bestrahlt, und die re
sultierende Fluoreszenz wird erfaßt oder gemessen (Schritt
306). Die anderen Pixel in dem Satz werden ähnlich behan
delt, d. h. bestrahlt, und die resultierende Fluoreszenz
(Schritt 310) wird sequentiell, ein Pixel nach dem anderen,
erfaßt. Nachdem das letzte Pixel in dem Satz einmal durch
Bestrahlen und Erfassen gelesen wurde, werden die Pixel ein
mal oder mehrere Male (Schritte 314 und 318) auf eine Art
und Weise ähnlich zu dem ersten Lesen noch einmal gelesen.
Andere Sätze von Pixeln in dem Array werden ausgewählt und
gelesen wie der erste Satz gelesen wurde, bis alle Pixel
gelesen wurden (Schritt 322). Allgemein bedeutet dies, daß
alle Arrayelemente gelesen wurden.
Vorzugsweise enthält jeder der Sätze Pixel, die physisch nah
zueinander sind, derart, daß die Bewegung der Betätigungs
vorrichtung, z. B. dem Scanner, zum Bewegen der relativen
Position des Lichtstrahls zu den Pixeln nicht umfangreich
ist, wenn sich von Pixel zu Pixel bei der Bestrahlung und
bei der Neubestrahlung bewegt wird. Beispielsweise kann der
Satz eine Anzahl von Pixeln (d. h. ein Teilsatz von Pixeln)
in einer Zeile sein. Vorzugsweise ist der Satz eine Zeile
(z. B. eine Reihe oder eine Spalte), um die gleichmäßige
Bewegung der Abtastvorrichtung zu erleichtern, um sequen
tiell die Pixel in dem Satz abzutasten. Wenn es erwünscht
ist, kann der Satz einen Abschnitt einer Zeile oder mehr als
eine Zeile umfassen. Wie vorher dargelegt, wird die Anzahl
der Pixel in einem Satz derart ausgewählt, daß eine adäquate
Zeit zum Erholen der Pixel von den metastabilen Zuständen
ermöglicht wird.
Bei einem Laser-hervorgerufene-Fluoreszenz-Scanner mit einer
kleinen Fleckgröße (z. B. etwa 3 µm FWHM Gauß-Strahl (FWHM =
Full Width at Half Maximum = Halbwertsbreite)) erregt das
Laserlicht die fluorophoren (d. h. Farbstoff-) Moleküle und
bewirkt eine Fluoreszenz. Die Fluoreszenz wird erfaßt, um
die Anwesenheit der fluorophoren Moleküle und daher die An
wesenheit von Analytika anzuzeigen, die an den fluorophoren
Molekülen befestigt sind. Fig. 4 ist eine schematische Dar
stellung, die den Energieniveauübergang zeigt, wenn ein
Farbstoff erregt wird. Wenn ein Farbstoffmolekül Laserlicht
(Pfeil E) absorbiert, wird dasselbe von dem Grundzustands
energieniveau G zu dem Energieniveau H erregt. Von dem Ener
gieniveau H fällt das Farbstoffmolekül zurück zu dem Grund
zustand (Pfeil F), der Licht als Fluoreszenz freigibt.
Um bessere Signale zu erzeugen, wird ein Laser mit einer
ziemlich hohen Intensität verwendet, da bis zu einem gewis
sen Grad ein Erregungslicht mit einer höheren Intensität (d.
h. Licht von dem Laser) mehr fluoreszierende Photonen er
zeugt. Aufgrund der Intensität des Laserlichts, das auf den
Farbstoff auftrifft, können die Farbstoffmoleküle, abhängig
von der Natur des speziellen Farbstoffs, in metastabile Zu
ständ(e) (oder langlebige quasistabile Zuständ(e), z. B. von
dem erregten Energieniveau H) kreuzen, wie z. B. dem Trip
lett-Zustand. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Aus
druck "metastabiler Zustand" oder "langlebiger quasistabiler
Zustand" eines Farbstoffmoleküls auf einen Energiezustand,
bei dem das Farbstoffmolekül ein Energieniveau aufweist, das
höher ist als das Grundzustandsenergieniveau, jedoch seine
Energie verliert, wobei sich dasselbe zu dem Farbstoffgrund
zustand eine Größenordnung langsamer als die Singlett-Zu
standsfluoreszenz umwandelt. Abhängig von dem speziellen
Farbstoff sind viele unterschiedliche metastabile Zustände
möglich. Ein wichtiges Beispiel eines metastabilen Zustands
ist der Triplett-Zustand. Andere metastabile Zustände um
fassen den biradikalen Zustand und den Ionenpaar-Zustand.
Obwohl viele metastabile Zustände möglich sein können, sind
zugunsten der Klarheit in Fig. 4 die metastabilen Zustände
als M gezeigt, zu denen der Übergang von dem Energieniveau H
durch den Pfeil L dargestellt ist. In ihren metastabilen
Zuständen wandeln sich die Farbstoffmoleküle zurück zu dem
Grundzustand wesentlich langsamer um als bei der Singlett-
Zustandsfluoreszenz, die durch den Pfeil F gezeigt ist. Von
den metastabilen Zuständen aus gibt das fluoreszierende Ma
terial (d. h. die Farbstoffmoleküle) kein Licht mit einer
gleichen Wellenlänge frei wie dieselbe der Fluoreszenz des
Pfeils F. Daher geht jedes Farbstoffmolekül, das zu dem me
tastabilen Zustand kreuzt, an die Fluoreszenz verloren. Da
ein Farbstoffmolekül in einem metastabilen Zustand nicht
fluoreszieren kann, erscheint dieses Phänomen als Sättigung
des Fluoreszenzsignals. In dieser Situation wird ein Erhöhen
der Laserleistung, d. h. der Beleuchtungsintensität auf ein
Arrayelement, nicht die Anzahl der erfaßten Fluoreszenzpho
tonen proportional erhöhen.
Bei Systemen, die durch Photonschrotrauschen bezüglich ihrer
Leistung begrenzt sind, kann, wenn Sättigung auftritt, das
Signal-zu-Rausch-Verhältnis lediglich unwesentlich, wenn
überhaupt, durch langsameres Abtasten oder mit einer höheren
Beleuchtungsleistung erhöht werden. Wie beschrieben
wird ein Satz (oder eine Anzahl) von Pixeln in dem
chemischen Array zweimal oder mehrere Male abgetastet, um
das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Außerdem wird
eine Zeitdauer gewartet, so daß sich die Moleküle in dem
Farbstoff in einem Pixel ausreichend, vorzugsweise wesent
lich, von ihren metastabilen Zuständen vor dem Neubestrahlen
des Pixels erholen. Schließlich wird ein Satz, d. h. eine
Anzahl, von Pixeln sequentiell jeweils für eine kurze Dauer
(z. B. ein paar Mikrosekunden) bestrahlt, derart, daß zu dem
Zeitpunkt, zu dem das letzte Pixel in dem Satz bestrahlt
wird, sich das erste Pixel von dem metastabilen Zustand er
holt hat.
Die Zeitdauer (hierin als "Ruhedauer" bezeichnet), die für
den Farbstoff in einem Pixel ausgewählt werden soll, derart,
daß sich derselbe von den metastabilen Zuständen vor dem
Neubestrahlen erholt, hängt von der Natur des Farbstoffs ab.
Viele häufig verwendete Farbstoffe weisen Erholungszeit
konstanten metastabiler Zustände in dem Bereich von etwa
10-5 s bis 10-1 s auf. Aus diesem Grund würde eine Ruhedauer
von etwa 10-5 s bis 10-1 s adäquat für den Farbstoff in ei
nem Pixel sein, so daß sich derselbe wesentlich von seinem
metastabilen Zustand erholt. Im Gegensatz dazu befindet sich
die Fluoreszenzzeitkonstante in dem Bereich von Nanosekun
den. Allgemein ist von wenigen der häufig verwendeten Farb
stoffen die Ruhedauer in der Technik bekannt. Die Ruhedauer
eines Farbstoffs kann auch durch ein Verfahren bestimmt wer
den, wie es im folgenden beschrieben ist. Die Anzahl der Pi
xel, die in einem Satz eingeschlossen werden sollen, hängt
von der Beleuchtungszeit für ein Pixel und der Erholungszeit
(oder der Ruhedauer) des Farbstoffs ab. Allgemein werden
hundert oder mehr Pixel, vorzugsweise mehr als tausend Pi
xel, in einem Pixelsatz umfaßt, der sequentiell vor der Neu
bestrahlung gelesen werden soll.
Um die Ruhedauer eines Farbstoffs zu bestimmen, kann die
folgende Technik verwendet werden. Der interessierende Farb
stoff wird einem Licht von einer Strahlungsquelle ausge
setzt, die schnell relativ zu der Farbstoffruhedauer einge
schaltet wird, während die zeitliche Entwicklung (d. h. die
Zeitabhängigkeit der fluoreszierenden Intensität) der fluo
reszierenden Intensität überwacht wird. Die fluoreszierende
Intensität ist anfangs am höchsten, dieselbe fällt jedoch
mit der Zeit auf ein niedrigeres Niveau ab. Die Zeit, die
erforderlich ist, um das niedrigere Intensitätsniveau zu er
reichen, ist eng mit der Farbstoffruhedauer verwandt. Der
Abfall der fluoreszierenden Intensität spiegelt das Sätti
gungsniveau wieder. Die Daten, die erhalten werden, können
an ein mathematisches Modell angepaßt werden, um Zeitkon
stanten der Veränderung der Intensität zu erhalten. Model
lierverfahren, um Zeitkonstanten zu erhalten, sind in der
Technik bekannt. Allgemein wird davon ausgegangen, daß sich
der Farbstoff von den metastabilen Zuständen nach etwa einer
Zeitkonstante ausreichend erholt hat. Es wird davon ausge
gangen, daß sich derselbe von den metastabilen Zuständen
nach etwa zwei Zeitkonstanten wesentlich erholt hat.
Beispiele geeigneter Farbstoffe (d. h. von fluoreszierendem
Material), die als Kennzeichen
verwendet werden können, umfassen Farbstoffe, die Fachleuten
gut bekannt sind, wie z. B. Fluoreszeine, TEXAS RED, Ethi
diumbromide, chelatierte Lanthanoide, Rhodamine, Indocyani
ne, Carbocyanine, Oxazine, Organometalle und metallische
Atomclusterverbindungen. Die Ruhedauer, d. h. die Zeit, die
zum Erholen von den metastabilen Zuständen dieser Farbstoffe
erforderlich ist, kann mit der oben beschriebenen Technik
bestimmt werden.
Eine Vielfalt von geeigneten, lichtemittierenden Bauelemen
ten kann als der Lichtgenerator in der Lichtquelle verwendet
werden. Derartige lichtemittierende Bauelemente sind in der
Technik bekannt. Sie umfassen beispielsweise lichtemittie
rende Dioden (LED; LED = Light Emitting Diode) und Laser,
wie z. B. Diodenlaser, Gaslaser, z. B. He-Ne-Laser, Ar-Io
nenlaser, frequenzverdoppelte Neodym-Glaslaser, Neodym-YAG-
Laser, Faserlaser oder andere Festkörperlaser. Die Pixel in
dem Array können in einer flachen Struktur angeordnet wer
den. Eine Alternative ist das Anordnen der Pixel in einer
kreisförmigen Struktur, wie z. B. auf einer zylindrischen
Oberfläche. Allgemein werden die Pixel in einer Struktur von
Reihen und Spalten gehalten. Da der Ursprung jedes Pixels
bekannt ist, sind die chemischen Bindemittelanteile in dem
Pixel bekannt. Wenn die Fluoreszenz für das Pixel erfaßt
wird, ist die Identität des Analytikums bekannt, das an das
Pixel gebunden ist.
Ein Detektor wird zum Erfassen des Lichts verwendet, das aus
der Fluoreszenz in dem Array resultiert. Beispielsweise kann
ein optischer Einzelelementdetektor, z. B. eine PNT-Photo
vervielfacherröhre, verwendet werden. Da die Zeit, mit der
ein Lichtstrahl auf jedes spezielle Pixel gerichtet wird,
bekannt ist, und die Beleuchtung von unterschiedlichen Pi
xeln zeitweise beabstandet ist, wird die entsprechende, er
faßte Fluoreszenz die Anwesenheit eines fluoreszierenden
Materials in dem Pixel anzeigen. Ein alternativer Detektor
ist ein Arraydetektor, bei dem mehr als ein Detektorelement
verwendet wird, um die Zielchemikalien überabzutasten, was
die Unterscheidung gegenüber Ungleichmäßigkeiten ermöglicht.
Ein Beispiel eines Arraydetektors ist ein Festkörperhalb
leiterbauelement, wie z. B. ein ladungsgekoppeltes Bauele
ment-Array (CCD-Array; CCD = Charge Coupled Device).
Das Erregungslicht von einer Lichtquelle trifft auf das
fluoreszierende Material auf, das an das Analytikum in dem
Array gebunden ist, und bewirkt, daß dasselbe Licht als
fluoreszierendes Licht emittiert. Lediglich Pixel mit einem
fluoreszierenden Material werden Fluoreszenzsignale emit
tieren. Die erfaßten fluoreszierenden Signale werden mit
einer elektronischen Erregung für Lichtquellen identifiziert
und vorzugsweise durch eine elektronische Verarbeitungsein
heit, wie z. B. einem Mikroprozessor oder einem Computer,
verarbeitet.
Wie vorher erwähnt, kann durch Analysieren der Struktur des
Fluoreszenzlichts in dem Array die Identität der Analytika
in der Probe bestimmt werden. Das Erfassen der Fluoreszenz
mit einem geeigneten Detektor wird zu einer Fluoreszenz
struktur führen, in der gewisse Positionen in der Struktur
eine Fluoreszenz und gewisse Positionen keine Fluoreszenz
zeigen. Die Identität eines Analytikums auf einem speziellen
Pixel in dem Array kann durch Erfassen der Position der
Fluoreszenz in der Struktur und Verbinden dieser Position
mit Daten, die die Identität der chemischen Bindemittelan
teile und der Pixelpositionen in dem Array betreffen, be
stimmt werden. Es gibt verschiedene Verfahren zum Verbinden
derartiger Daten mit dem chemischen Array. Beispielsweise
können die Daten physisch auf dem Gehäuse des Arrays codiert
oder getrennt in einem Computer gespeichert werden.
Die vorliegende Technik der Bestrahlung und Erfassung weist
einen großen Vorteil gegenüber Techniken auf, die eine Neu
bestrahlung nach dem Lesen jedes Pixels erfordern, oder le
diglich Neubestrahlen, nachdem das gesamte Array gelesen
wurde. Wenn die Neubestrahlung eines Pixels unmittelbar da
nach durchgeführt wird, nachdem das Pixel bestrahlt wurde,
können die Farbstoffmoleküle in dem Pixel möglicherweise
nicht genügend Zeit haben, um sich ausreichend von den meta
stabilen Zuständen zu erholen, und die Fluoreszenz ist auf
grund der Anwesenheit von metastabilen Zuständen, die nicht
fluoreszieren, weniger als optimal. Wenn jedoch die Neube
strahlung lediglich dann durchgeführt wird, nachdem das ge
samte Array oder ein großer Abschnitt, wie z. B. die Hälfte,
des Arrays bestrahlt wurde, müßte sich die Betätigungs- oder
Strahllenkungsvorrichtung eine wesentliche Strecke bewegen
und eine lange Zeit warten, bevor sich dieselbe zurück zu
dem ersten Array bewegt. Dies ist insbesondere bei heutigen,
großen Arrays (z. B. denselben, die mehr als eintausend oder
sogar Tausende von Pixeln in einer Reihe oder Spalte aufwei
sen) mit kleinen und unmittelbar benachbarten Pixeldimensio
nen wahr. Beispielsweise kann die Abmessung eines Pixels
quer zu demselben bis zu 3 µm klein sein. Beim Durchlaufen
einer wesentlichen Strecke und einem Warten einer langen
Zeit können die ursprünglichen Pixelpositionen möglicher
weise nicht ohne weiteres neu eingerichtet (d. h. überla
gert) werden. Beispielsweise könnte sich die Temperatur
geändert haben, wodurch bewirkt wird, daß sich das Array in
der Größe ändert. Beispielsweise kann eine thermische Aus
dehnung auftreten, wenn das Array unterhalb Raumtemperatur
vor dem Lesen bei Raumtemperatur gespeichert wurde. Wie
beschrieben wird eine adäquate Zeit für den Farb
stoff in einem Pixel vorgesehen, so daß sich derselbe von
den metastabilen Zuständen erholt, jedoch nicht so viel
Zeit, daß dies wesentlich die Schwierigkeit beim Überlagern
des Laserstrahls an den ursprünglichen Positionen erhöht.
Das Resultat der Neuabtastungen (d. h. des Neulesens) kann
auf der Zeile hinzugefügt oder gemittelt werden, um die Da
tenmenge zu reduzieren, die gespeichert werden muß.
Wie vorher erwähnt, kann die Steuerung der Betätigungs- oder
der Strahllenkungsvorrichtung, z. B. des Scanners zum Bewe
gen des Laserstrahls, des Betätigungssystems zum Bewegen des
Arrays oder des Betätigers, der den Laser bewegt, durch ei
nen Computer durchgeführt werden. Allgemein kann ein Compu
terprogramm oder eine Software implementiert werden, um eine
derartige Steuerung sowie die Erfassung und die Messung der
Fluoreszenz zu erreichen. Die Steuerung der Betätiger, Scan
ner etc. ist in der Technik gut bekannt.
Bei der Analyse der Daten wird die Fluoreszenzintensität je
des Lesens eines Pixels in dem Speicher eines Computers (der
ferner ein Mikroprozessor sein kann) gespeichert. Nach jedem
Neubestrahlen und jeder Neuerfassung wird der Speicher durch
Summieren der alten und der neuen Fluoreszenzdaten für jedes
Pixel aktualisiert. Bei der Abwesenheit eines Bleichens des
Farbstoffs steigen die Signale proportional mit der Anzahl n
der wiederholten Lesevorgänge, und das Signal-zu-Rausch-Ver
hältnis steigt mit der Quadratwurzel von n.
Das folgende Beispiel ist für Darstellungszwecke angegeben.
Ein Laser von UNIPHASE (San
Jose, Kalifornien), Modell 2211-20SLE, der bei einer Aus
gangsleistung von 10 mW, einer Wellenlänge von 488 nm und
einem Fokusfleck von einer Halbwertsbreite (FWHM) von 3 µm
arbeitet, wird verwendet, um ein chemisches Array mit 5.000
Pixeln in einer Reihe abzutasten. Die Bestrahlungsdauer ist
mindestens 5 µs für jedes Pixel, beispielsweise 6 µs. Ein
Fluoreszein, das eine Fluoreszenzlebensdauer in der Größen
ordnung von Nanosekunden aufweist, ist der Farbstoff für das
Kennzeichnen der Analytika. Die Zeit, die zum Erholen von
den metastabilen Zuständen des Fluoreszeins erforderlich
ist, liegt in der Größenordnung von Millisekunden. Durch
Abtasten einer Zeile, d. h. 5.000 Pixeln, vor dem Neube
strahlen ist die Zeilenzeit, d. h. die Zeit, die erforder
lich ist, um eine Zeile vor dem Wiederholen abzuschließen,
mindestens etwa 30 ms, was reichlich für das Fluoreszein
ist, um sich von den metastabilen Zuständen zu erholen.
Claims (14)
1. Vorrichtung zum Analysieren von Chemikalien in
einem Array (104) mit einer Mehrzahl von Arrayelemen
ten, von denen bei einigen angenommen wird, daß diesel
ben fluoreszierendes Material enthalten, mit:
- - einer Lichtquelle (102) zum Strahlen eines Licht strahls auf die Arrayelemente in einzelnen Pixeln, wobei die Pixel in Zeilen angeordnet sind;
- - einer Einrichtung zum Steuern (108) der relativen
Position der Lichtquelle (102) zu dem Array (104),
derart, daß die Lichtquelle den Lichtstrahl rich
tet, um eine erste Anzahl von Pixeln in dem Array
(104) sequentiell zu bestrahlen, und zum einmali
gen oder mehrmaligen Wiederholen der sequentiellen
Bestrahlung vor dem Bestrahlen einer zweiten An
zahl von Pixeln,
wobei sich die Pixel der zweiten Anzahl von den Pixeln der ersten Anzahl unterscheiden, wobei die erste Anzahl von Pixeln mehr als ein Pixel und we niger als die Gesamtanzahl der Pixel in dem Array (104) aufweist; und
wobei die Einrichtung zum Steuern (108) angeordnet ist, um die erste Anzahl von Pixeln derart auszu wählen, daß vor einem erneuten Bestrahlen eines Pixels eine Zeitdauer verstreicht, die ausreichend ist, daß sich fluoreszierendes Material in dem Pi xel von einem metastabilen Zustand erholt; und - - einem Detektor (110) zum Erfassen einer Fluores zenz, die aus der Bestrahlung resultiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung
zum Steuern (108) derart angepaßt ist, daß eine Zeit
dauer verstreicht, die ausreichend ist, daß sich fluo
reszierendes Material in dem Pixel von einem erregten
Triplett-Zustand erholt, bevor es erneut bestrahlt
wird.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens
ein Abschnitt der Lichtquelle (102) bewegbar ist, und
bei der die Einrichtung zum Steuern (108) angepaßt ist,
um den mindestens einen Abschnitt der Lichtquelle (102)
zu bewegen, um den Lichtstrahl von Pixel zu Pixel zu
richten, um die Pixel zu bestrahlen.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der
die Einrichtung zum Steuern (108) angepaßt ist, um die
Lichtquelle (102) zu steuern, um die Pixel in einer
Zeile sequentiell zu bestrahlen, und um eine Zeile nach
der anderen von einer benachbarten Zeile zur nächsten
benachbarten Zeile zu bestrahlen, ohne eine Zeile neu
zu bestrahlen, nachdem eine andere Zeile danach be
strahlt wurde.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die fer
ner eine Einrichtung zum Summieren der Fluoreszenzsi
gnale aufweist, die von einem Pixel durch den Detektor
während der wiederholten Bestrahlung des Pixels erfaßt
werden.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der
die Lichtquelle (102) angepaßt ist, um ein Licht zu
emittieren, das zum Bewirken einer Fluoreszenz in einem
fluoreszierenden Material geeignet ist, das aus den
Gruppen ausgewählt ist, die aus Fluoreszeinen, TEXAS
RED, Ethidiumbromid, chelatierten Lanthanoiden, Rho
damine, Indocyanine, Carbocyanine, Oxazine, Organome
tallen und Metallatomclusterverbindungen bestehen.
7. Verfahren zum Analysieren eines chemischen Arrays (104)
mit einer Mehrzahl von Arrayelementen, von denen bei
einigen angenommen wird, daß dieselben fluoreszierendes
Material enthalten, mit folgenden Schritten:
- - sequentielles Bestrahlen einer ersten Anzahl von Pixeln in den Arrayelementen und Erfassen der Fluoreszenz, die aus der Bestrahlung in den Pixeln resultiert, wobei die erste Anzahl der Pixel mehr als ein Pixel und weniger als die Gesamtzahl der Pixel in dem Array ist; und
- - Wiederholen der Bestrahlung und des Erfassens der Fluoreszenz der ersten Anzahl von Pixeln ein oder mehrere Male vor dem Bestrahlen der Pixel einer zweiten Anzahl von Pixeln, die sich von den Pixeln der ersten Anzahl von Pixeln in dem Array unter scheiden,
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, das ferner den Schritt des
Bestimmens der Zeitdauer aufweist, die für das fluores
zierende Material erforderlich ist, um sich von dem
metastabilen Zustand zu erholen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem der metasta
bile Zustand ein erregter Triplett-Zustand ist.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner
den Schritt des Bewegens eines bestrahlenden Licht
strahls von Pixel zu Pixel in einer Zeile von Pixeln
und des Wiederholens des Bestrahlens der gleichen Zeile
mindestens einmal vor dem Weiterbewegen zu einer ande
ren Zeile von Pixeln aufweist.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem
die erste Anzahl von Pixeln die Anzahl von Pixeln in
einer ersten Zeile und die zweite Anzahl von Pixeln die
Anzahl von Pixeln in einer Zeile benachbart zu der er
sten Zeile ist, wobei jede Zeile mehr als hundert Pixel
aufweist.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, das fer
ner den Schritt des sequentiellen Bestrahlens von Pi
xeln in einer Zeile und des Wiederholens vor dem Be
strahlen einer weiteren Zeile aufweist, wobei für alle
Zeilen von Pixeln die Zeilen, eine Zeile nach der an
deren, von einer benachbarten Zeile zu der nächsten
Zeile bestrahlt werden, ohne eine Zeile neu zu bestrah
len, sobald eine andere Zeile danach bestrahlt wurde.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, das fer
ner den Schritt des Bestrahlens einer adäquaten Anzahl
von Pixeln in einer Zeile aufweist, derart, daß 10-5 s
bis 10-1 s verstrichen sind, bevor ein Pixel neu be
strahlt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem
die Elemente in Zeilen von Pixeln mittels eines Laser
strahls abgetastet werden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/790,775 US5837475A (en) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | Apparatus and method for scanning a chemical array |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19802378A1 DE19802378A1 (de) | 1998-08-06 |
DE19802378C2 true DE19802378C2 (de) | 2000-07-13 |
Family
ID=25151713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19802378A Expired - Fee Related DE19802378C2 (de) | 1997-01-30 | 1998-01-22 | Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren von Chemikalien in einem Array mit einer Mehrzahl von Arrayelementen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5837475A (de) |
JP (1) | JP4106120B2 (de) |
DE (1) | DE19802378C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10038080A1 (de) * | 2000-08-04 | 2002-02-21 | Giesing Michael | Verfahren und Vorrichtung zum ortsaufgelösten fluoreszenzoptischen Nachweis von auf einer Oberfläche eines planaren Trägers immobilisierten Substanzen |
DE10225841A1 (de) * | 2002-06-03 | 2003-12-11 | Proteosys Ag | Differentielle Anzeige von markierten Molekülen |
DE10148102B4 (de) * | 2001-09-28 | 2006-03-30 | Biotez Berlin-Buch Gmbh | Biochip zum quantitativen fotometrischen Nachweis von Biomolekülen, seine Verwendung und Verfahren zum quantitativen Nachweis von Biomolekülen durch fotometrisches Erfassen einer Farbreaktion |
Families Citing this family (71)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5631734A (en) | 1994-02-10 | 1997-05-20 | Affymetrix, Inc. | Method and apparatus for detection of fluorescently labeled materials |
US6287850B1 (en) * | 1995-06-07 | 2001-09-11 | Affymetrix, Inc. | Bioarray chip reaction apparatus and its manufacture |
US6990221B2 (en) * | 1998-02-07 | 2006-01-24 | Biodiscovery, Inc. | Automated DNA array image segmentation and analysis |
US6349144B1 (en) | 1998-02-07 | 2002-02-19 | Biodiscovery, Inc. | Automated DNA array segmentation and analysis |
US6320196B1 (en) | 1999-01-28 | 2001-11-20 | Agilent Technologies, Inc. | Multichannel high dynamic range scanner |
US6251685B1 (en) | 1999-02-18 | 2001-06-26 | Agilent Technologies, Inc. | Readout method for molecular biological electronically addressable arrays |
US6518056B2 (en) | 1999-04-27 | 2003-02-11 | Agilent Technologies Inc. | Apparatus, systems and method for assaying biological materials using an annular format |
US6371370B2 (en) * | 1999-05-24 | 2002-04-16 | Agilent Technologies, Inc. | Apparatus and method for scanning a surface |
DE19925402C2 (de) * | 1999-06-02 | 2001-12-20 | Molecular Machines & Ind Gmbh | Screening von Target-Ligand-Wechselwirkungen |
US7099502B2 (en) * | 1999-10-12 | 2006-08-29 | Biodiscovery, Inc. | System and method for automatically processing microarrays |
US7027629B2 (en) * | 1999-11-05 | 2006-04-11 | Agilent Technologies, Inc. | Method of extracting locations of nucleic acid array features |
US6587579B1 (en) * | 2000-01-26 | 2003-07-01 | Agilent Technologies Inc. | Feature quality in array fabrication |
US7198939B2 (en) * | 2000-01-28 | 2007-04-03 | Agilent Technologies, Inc. | Apparatus for interrogating an addressable array |
US6591196B1 (en) * | 2000-06-06 | 2003-07-08 | Agilent Technologies Inc. | Method and system for extracting data from surface array deposited features |
DE60117930T2 (de) * | 2000-06-06 | 2006-10-05 | Agilent Technologies Inc., A Delaware Corp., Palo Alto | Verfahren und System zur automatischen Extraktion von Daten aus einem Molekülarray |
EP1311824A4 (de) * | 2000-06-25 | 2010-12-08 | Affymetrix Inc | Optisch aktive substrate |
DE10036457A1 (de) * | 2000-07-26 | 2002-02-14 | Giesing Michael | Verwendung eines bildgebenden photoelektrischen Flächensensors zur Auswertung von Biochips und Bildgebungsverfahren hierfür |
US20060141507A1 (en) * | 2000-09-27 | 2006-06-29 | Kronick Mel N | Manufacture and use of non-standard size microarray slides |
US6864097B1 (en) | 2000-09-27 | 2005-03-08 | Agilent Technologies, Inc. | Arrays and their reading |
JP2002168787A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像読み取り方法および装置 |
US6907146B2 (en) * | 2000-12-11 | 2005-06-14 | Affymetrix, Inc. | Methods, systems and computer software for detecting pixel stutter |
US6756202B2 (en) * | 2001-04-30 | 2004-06-29 | Agilent Technologies, Inc. | Reading multi-featured arrays |
US6993172B2 (en) * | 2001-06-29 | 2006-01-31 | Agilent Technologies, Inc. | Method and system for automated outlying feature and outlying feature background detection during processing of data scanned from a molecular array |
US7205154B2 (en) * | 2002-01-31 | 2007-04-17 | Agilent Technologies, Inc. | Calibrating array scanners |
US20070059760A1 (en) * | 2002-02-21 | 2007-03-15 | Dorsel Andreas N | Multi-featured arrays with reflective coating |
US7018842B2 (en) * | 2002-02-28 | 2006-03-28 | Agilent Technologies, Inc. | Reading dry chemical arrays through the substrate |
US6791690B2 (en) * | 2002-04-30 | 2004-09-14 | Agilent Technologies, Inc. | Reading dry chemical arrays |
US20030220746A1 (en) * | 2002-05-21 | 2003-11-27 | Srinka Ghosh | Method and system for computing and applying a global, multi-channel background correction to a feature-based data set obtained from scanning a molecular array |
US20030232427A1 (en) * | 2002-06-18 | 2003-12-18 | Montagu Jean I. | Optically active substrates for examination of biological materials |
US20040021055A1 (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-05 | Corson John F. | Extended life biopolymer array scanner system |
US7901630B2 (en) | 2002-08-20 | 2011-03-08 | Illumina, Inc. | Diffraction grating-based encoded microparticle assay stick |
US7872804B2 (en) | 2002-08-20 | 2011-01-18 | Illumina, Inc. | Encoded particle having a grating with variations in the refractive index |
US7619819B2 (en) | 2002-08-20 | 2009-11-17 | Illumina, Inc. | Method and apparatus for drug product tracking using encoded optical identification elements |
EP1535241A1 (de) | 2002-08-20 | 2005-06-01 | Cyvera Corporation | Auf einem beugungsgitter basierendes optisches identifikationselement |
US7900836B2 (en) | 2002-08-20 | 2011-03-08 | Illumina, Inc. | Optical reader system for substrates having an optically readable code |
US7923260B2 (en) | 2002-08-20 | 2011-04-12 | Illumina, Inc. | Method of reading encoded particles |
US7164533B2 (en) | 2003-01-22 | 2007-01-16 | Cyvera Corporation | Hybrid random bead/chip based microarray |
US7508608B2 (en) | 2004-11-17 | 2009-03-24 | Illumina, Inc. | Lithographically fabricated holographic optical identification element |
AU2003274979A1 (en) | 2002-09-12 | 2004-04-30 | Cyvera Corporation | Chemical synthesis using diffraction grating-based encoded optical elements |
US7092160B2 (en) | 2002-09-12 | 2006-08-15 | Illumina, Inc. | Method of manufacturing of diffraction grating-based optical identification element |
AU2003278827A1 (en) | 2002-09-12 | 2004-04-30 | Cyvera Corp. | Method and apparatus for labelling using diffraction grating-based encoded optical identification elements |
US20100255603A9 (en) | 2002-09-12 | 2010-10-07 | Putnam Martin A | Method and apparatus for aligning microbeads in order to interrogate the same |
US7512496B2 (en) * | 2002-09-25 | 2009-03-31 | Soheil Shams | Apparatus, method, and computer program product for determining confidence measures and combined confidence measures for assessing the quality of microarrays |
US20040243341A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-02 | Le Cocq Christian A. | Feature extraction methods and systems |
US20050038839A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Srinka Ghosh | Method and system for evaluating a set of normalizing features and for iteratively refining a set of normalizing features |
US7433123B2 (en) | 2004-02-19 | 2008-10-07 | Illumina, Inc. | Optical identification element having non-waveguide photosensitive substrate with diffraction grating therein |
US20050196826A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-08 | Sherrill James V. | Self calibrating detection |
US20060040287A1 (en) * | 2004-06-02 | 2006-02-23 | Corson John F | Method and system for quantifying random errors and any spatial-intensity trends present in microarray data sets |
US7302348B2 (en) | 2004-06-02 | 2007-11-27 | Agilent Technologies, Inc. | Method and system for quantifying and removing spatial-intensity trends in microarray data |
US20050281462A1 (en) * | 2004-06-16 | 2005-12-22 | Jayati Ghosh | System and method of automated processing of multiple microarray images |
US7877213B2 (en) * | 2004-09-23 | 2011-01-25 | Agilent Technologies, Inc. | System and methods for automated processing of multiple chemical arrays |
AU2005307746B2 (en) | 2004-11-16 | 2011-05-12 | Illumina, Inc. | And methods and apparatus for reading coded microbeads |
US7541144B2 (en) * | 2005-01-31 | 2009-06-02 | Agilent Technologies, Inc. | RNA labeling method |
WO2006083917A2 (en) | 2005-02-01 | 2006-08-10 | Purdue Research Foundation | Laser scanning interferometric surface metrology |
US20070023643A1 (en) | 2005-02-01 | 2007-02-01 | Nolte David D | Differentially encoded biological analyzer planar array apparatus and methods |
US7910356B2 (en) | 2005-02-01 | 2011-03-22 | Purdue Research Foundation | Multiplexed biological analyzer planar array apparatus and methods |
US20060228717A1 (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-12 | Joyce Timothy H | Microfluidic system and method of utilization |
US7544471B2 (en) * | 2005-07-30 | 2009-06-09 | Agilent Technologies, Inc. | Preparing RNA from a wax-embedded tissue specimen |
US20070092882A1 (en) | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Hui Wang | Analysis of microRNA |
US7329860B2 (en) | 2005-11-23 | 2008-02-12 | Illumina, Inc. | Confocal imaging methods and apparatus |
US9445025B2 (en) | 2006-01-27 | 2016-09-13 | Affymetrix, Inc. | System, method, and product for imaging probe arrays with small feature sizes |
US8055098B2 (en) | 2006-01-27 | 2011-11-08 | Affymetrix, Inc. | System, method, and product for imaging probe arrays with small feature sizes |
US20070235397A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Wannop George M | Storage bin and frame system |
US7830575B2 (en) | 2006-04-10 | 2010-11-09 | Illumina, Inc. | Optical scanner with improved scan time |
US7791013B2 (en) * | 2006-11-21 | 2010-09-07 | Illumina, Inc. | Biological microarray line scanning method and system |
US7813013B2 (en) * | 2006-11-21 | 2010-10-12 | Illumina, Inc. | Hexagonal site line scanning method and system |
US7522282B2 (en) | 2006-11-30 | 2009-04-21 | Purdue Research Foundation | Molecular interferometric imaging process and apparatus |
WO2008089495A2 (en) | 2007-01-19 | 2008-07-24 | Purdue Research Foundation | System with extended range of molecular sensing through integrated multi-modal data acquisition |
CA2681722A1 (en) | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Purdue Research Foundation | Method and apparatus for conjugate quadrature interferometric detection of an immunoassay |
US20200209250A1 (en) | 2018-12-28 | 2020-07-02 | Abbott Laboratories | Direct detection of single molecules on microparticles |
AU2022266693A1 (en) | 2021-04-29 | 2023-11-09 | Abbott Laboratories | High throughput nucleic acid testing of biological samples |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2537098A1 (de) * | 1974-08-21 | 1976-03-04 | Block Engineering | Verfahren und vorrichtung zur unterscheidung zwischen zwei fluoreszierenden teilchenarten mit unterschiedlichen fluoreszenzabklingdauern |
DE2947459A1 (de) * | 1979-11-24 | 1981-05-27 | Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt | Verfahren und anordnung zum in-situ-nachweis von bodenbelaegen vermuteter giftiger substanzen |
WO1989010977A1 (en) * | 1988-05-03 | 1989-11-16 | Isis Innovation Limited | Analysing polynucleotide sequences |
WO1991007087A1 (en) * | 1989-11-13 | 1991-05-30 | Affymax Technologies N.V. | Spatially-addressable immobilization of anti-ligands on surfaces |
WO1992010588A1 (en) * | 1990-12-06 | 1992-06-25 | Affymax Technologies N.V. | Sequencing by hybridization of a target nucleic acid to a matrix of defined oligonucleotides |
WO1992010587A1 (en) * | 1990-12-06 | 1992-06-25 | Affymax Technologies N.V. | Sequencing of surface immobilized polymers utilizing microfluorescence detection |
US5143854A (en) * | 1989-06-07 | 1992-09-01 | Affymax Technologies N.V. | Large scale photolithographic solid phase synthesis of polypeptides and receptor binding screening thereof |
US5459325A (en) * | 1994-07-19 | 1995-10-17 | Molecular Dynamics, Inc. | High-speed fluorescence scanner |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US33241A (en) * | 1861-09-10 | Improvement in gates and chutes for water-wheels | ||
JPS5958745A (ja) * | 1982-09-28 | 1984-04-04 | Hamamatsu Tv Kk | 微弱発光現象の観測装置 |
SE455736B (sv) * | 1984-03-15 | 1988-08-01 | Sarastro Ab | Forfaringssett och anordning for mikrofotometrering och efterfoljande bildsammanstellning |
DD254998A1 (de) * | 1985-07-26 | 1988-03-16 | Zeiss Jena Veb Carl | Anordnung zur bildlichen darstellung und analyse von fluoreszenzsignalen |
JPH02218941A (ja) * | 1989-02-18 | 1990-08-31 | Shimadzu Corp | 蛍光検出型ゲル電気泳動パターン解析装置 |
US5108179A (en) * | 1989-08-09 | 1992-04-28 | Myers Stephen A | System and method for determining changes in fluorescence of stained nucleic acid in electrophoretically separated bands |
GB9015793D0 (en) * | 1990-07-18 | 1990-09-05 | Medical Res Council | Confocal scanning optical microscope |
DE4111903A1 (de) * | 1991-04-12 | 1992-10-15 | Bayer Ag | Spektroskopiekorrelierte licht-rastermikroskopie |
US5117466A (en) * | 1991-04-30 | 1992-05-26 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Integrated fluorescence analysis system |
JP3145486B2 (ja) * | 1992-06-12 | 2001-03-12 | シスメックス株式会社 | イメージングフローサイトメータ |
US5381224A (en) * | 1993-08-30 | 1995-01-10 | A. E. Dixon | Scanning laser imaging system |
US5705821A (en) * | 1996-11-07 | 1998-01-06 | Sandia Corporation | Scanning fluorescent microthermal imaging apparatus and method |
-
1997
- 1997-01-30 US US08/790,775 patent/US5837475A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-01-19 JP JP00791198A patent/JP4106120B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-01-22 DE DE19802378A patent/DE19802378C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-08-17 US US09/132,068 patent/US5945679A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2537098A1 (de) * | 1974-08-21 | 1976-03-04 | Block Engineering | Verfahren und vorrichtung zur unterscheidung zwischen zwei fluoreszierenden teilchenarten mit unterschiedlichen fluoreszenzabklingdauern |
DE2947459A1 (de) * | 1979-11-24 | 1981-05-27 | Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt | Verfahren und anordnung zum in-situ-nachweis von bodenbelaegen vermuteter giftiger substanzen |
WO1989010977A1 (en) * | 1988-05-03 | 1989-11-16 | Isis Innovation Limited | Analysing polynucleotide sequences |
US5143854A (en) * | 1989-06-07 | 1992-09-01 | Affymax Technologies N.V. | Large scale photolithographic solid phase synthesis of polypeptides and receptor binding screening thereof |
WO1991007087A1 (en) * | 1989-11-13 | 1991-05-30 | Affymax Technologies N.V. | Spatially-addressable immobilization of anti-ligands on surfaces |
WO1992010588A1 (en) * | 1990-12-06 | 1992-06-25 | Affymax Technologies N.V. | Sequencing by hybridization of a target nucleic acid to a matrix of defined oligonucleotides |
WO1992010587A1 (en) * | 1990-12-06 | 1992-06-25 | Affymax Technologies N.V. | Sequencing of surface immobilized polymers utilizing microfluorescence detection |
US5459325A (en) * | 1994-07-19 | 1995-10-17 | Molecular Dynamics, Inc. | High-speed fluorescence scanner |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Analytica Chimica Acta, 290, 1994, S. 40-47 * |
Clin.Biochem., Vol. 21, 1988, S. 139-150 * |
Science, Vol. 251, 1991, S. 767-773 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10038080A1 (de) * | 2000-08-04 | 2002-02-21 | Giesing Michael | Verfahren und Vorrichtung zum ortsaufgelösten fluoreszenzoptischen Nachweis von auf einer Oberfläche eines planaren Trägers immobilisierten Substanzen |
DE10148102B4 (de) * | 2001-09-28 | 2006-03-30 | Biotez Berlin-Buch Gmbh | Biochip zum quantitativen fotometrischen Nachweis von Biomolekülen, seine Verwendung und Verfahren zum quantitativen Nachweis von Biomolekülen durch fotometrisches Erfassen einer Farbreaktion |
DE10225841A1 (de) * | 2002-06-03 | 2003-12-11 | Proteosys Ag | Differentielle Anzeige von markierten Molekülen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5945679A (en) | 1999-08-31 |
US5837475A (en) | 1998-11-17 |
DE19802378A1 (de) | 1998-08-06 |
JP4106120B2 (ja) | 2008-06-25 |
JPH10311796A (ja) | 1998-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19802378C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren von Chemikalien in einem Array mit einer Mehrzahl von Arrayelementen | |
DE60025400T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines abtastsystems für mikroarrays | |
DE102006021317B3 (de) | Verfahren und Fluoreszenzlichtmikroskop zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer Struktur einer Probe | |
EP3427036B1 (de) | Verfahren zum hochaufgelösten lokalen abbilden einer struktur in einer probe, um reaktionen eines interessierenden objekts auf veränderte umgebungsbedingungen zu erfassen | |
DE102017104736B9 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum räumlichen Messen nanoskaliger Strukturen | |
DE102006058575B4 (de) | Multiplex-CE-Fluoreszenzsystem | |
DE60029719T2 (de) | Vorrichtung zur fluoreszenzmessung | |
DE60108832T2 (de) | Verfahren zum Ablesen von Fluoreszenz | |
DE60131626T2 (de) | Biochip-Lesegerät | |
EP2561336B1 (de) | Bestimmen der verteilung einer substanz durch abtasten mit einer messfront | |
EP3087372A1 (de) | Hochauflösende fluoreszenz-mikroskopie mit einem strukturierten anregungsstrahl | |
EP0857300A1 (de) | System zur unterscheidung fluoreszierender molekülgruppen durch zeitaufgelöste fluoreszenzmessung | |
DE60202240T2 (de) | Vorrichtung zur Durchführung biochemischer Analysen und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE10325460A1 (de) | Räumlich hochauflösendes Abbilden | |
DE60014188T2 (de) | Verfahren zum screening von chemischen verbindungen | |
DE102016119264A1 (de) | Verfahren zum räumlich hochauflösenden Bestimmen des Orts eines vereinzelten, mit Anregungslicht zur Emission von Lumineszenzlicht anregbaren Moleküls in einer Probe | |
EP1616216B1 (de) | Räumlich hochauflösendes abbilden | |
WO2010081690A1 (de) | Verfahren und system zur charakterisierung einer probe mittels bildgebender fluoreszenzmikroskopie | |
DE102020127320B3 (de) | Verfahren und Fluoreszenzmikroskop zur Ortsbestimmung einzelner fluoreszierender Farbstoffmoleküle durch adaptive Abtastung | |
EP2102631B1 (de) | Räumlich hochaufgelöstes abbilden einer struktur | |
DE69635296T2 (de) | Automatisierte optische Ausrichtung mit Hilfe eines galvanometrischen Abtasters | |
DE102015121920A1 (de) | Hochauflösendes Kurzzeit-Mikroskopieverfahren und hochauflösendes Kurzzeit-Mikroskop | |
DE19903576A1 (de) | Quantitative Bestimmung von Analyten in einem heterogenen System | |
DE10042605A1 (de) | Bildinformationslesevorrichtung mit Mitteln zum Gleichmäßig-Halten des Pegels einer zu erfassenden Lichtmenge | |
DE102009008646A1 (de) | Vorrichtung zum optischen Abbilden einer Probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D.STAATES DELA |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D. STAATES, US |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |